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Die
Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Gattungsgemäße Radaufhängungen
beschreibt die
JP 04345510
A , bei der sowohl für
lenkbare Räder
als auch für
ungelenkte Räder
von Kraftfahrzeugen ein karosserieseitiges Lenkerlager vorgeschlagen
wird, das asymmetrisch angeordnete Mittel aufweist, die insbesondere
bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeuges aufgrund der auftretenden
Längskräfte verbunden
mit der elastokinematischen Verlagerung der Lenker einen gezielten
Lenkeffekt erzeugen, der das Rad in Richtung Vorspur verstellt.
Die Mittel zur Verstellung bzw. Verschiebung des betreffenden Lenkers
der Radaufhängung können z.
B. ein in seiner Federrate härterer
Ringkörper
im gummielastischen Lagerkörper
(
6,
13) oder eine
mit unterschiedlichem Außendurchmesser gestaltete
Innenhülse
(
10,
11)
des Lenkerlagers sein. Die genannten Maßnahmen führen allerdings zwangsläufig zu
einer den Fahrkomfort des Kraftfahrzeuges beeinträchtigenden
Verminderung der Dämpfungseigenschaften
des betreffenden Lenkerlagers.
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Aus
der
EP 1 637 366 A ist
eine weitere Radaufhängung
bekannt, die einen aufgelösten
unteren Lenkerverband mit einer Spurstange für das lenkbare Rad, einen Querlenker
und eine Druckstrebe aufweist. Der Querlenker ist gegenüber der
Fahrzeug-Querachse mit einem Winkel von 4° bis 20° nach vorne gepfeilt. Ein von
der Spurstange und dem Querlenker gebildeter Momentanpol ist über einen Abstand
bis zu 3000mm von der Radmitte entfernt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Radaufhängung vorzuschlagen, die bei
einer noch günstigeren
Beeinflussung der elastokinematischen Eigenschaften baulich einfach
und mit guten Dämpfungseigenschaften
ausgebildet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die weiteren Patentansprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass die Mittel so ausgebildet sind, dass eine Verstellung und damit
verbundene Verhärtung
der Lagerkennung des Lenkerlagers nur in einer Wirkrichtung erfolgt. Dabei
wurde erkannt, dass eine insbesondere bei einem Bremsvorgang oder
bei Seitenkräften
(Kurven) auftretende Verhärtung
des Lenkerlagers sich nicht komfortmindernd auswirkt, während im übrigen Fahrbetrieb
das Lenkerlager gute Dämpfungseigenschaften
aufweisen kann.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung an einer Radaufhängung mit
zumindest an der unteren Lenkerebene angeordneten Lenkern, die in
einer aufgelösten
Formation einen etwa quer zur senkrechten Fahrzeuglängsmitte
und zur Radmitte angeordneten Traglenker, einen dahinter liegenden, schräg nach vorne
außen
verlaufenden Führungslenker
und einen davor liegenden, etwa parallel zum Traglenker ausgerichteten,
dritten Lenker (bei gelenkten Rädern
einer Spurstange) aufweisen und einerseits über Lenkerlager an der Karosserie
des Kraftfahrzeuges und andererseits über Kugelgelenke an dem Radträger angelenkt
sind, wird vorgeschlagen, dass das karosserieseitige Lenkerlager
des Traglenkers mit Mitteln versehen ist, die den Traglenker bei
durch Bremsmomente und/oder Einfederbewegungen des Rades bewirkten
Verlagerungen nach innen, der senkrechten Fahrzeuglängsmitte
zu verstellen. Hintergrund ist dabei, dass bei einer derartigen
Radaufhängung
bei einer für
den Fahrkomfort günstigen
Auslegung der Lenkerlager (relativ welch) unerwünschte Eigenlenkbewegungen
vermieden und ggf. ein gezieltes auf Nachspur gehen des Rades eingestellt
wird (vorteilhaftes Untersteuern beim Bremsen und in Kurven).
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Ferner
kann bei einer wie vorstehend aufgeführten Radaufhängung mit
aufgelösten
Lenkern das karosserieseitige Lenkerlager des Traglenkers mit Mitteln
versehen sein, die den Traglenker bei durch Bremsmomente und/oder
Einfederbewegungen des Rades bewirkten Verlagerungen in Fahrtrichtung
F nach vorne, dem karosserieseitigem Lenkerlager des dritten Lenkers
(Spurstange 16) zu verstellen. Daraus resultiert, dass
der durch den dritten Lenker und den Traglenker durch deren gedachte
Verlängerungen
definierte Momentanpol sich verändert
und so verlagert wird, dass ebenfalls ein vorteilhaftes Untersteuern
beim Durchfahren von Kurven auftritt.
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Wie
aus der Vorbeschreibung hervorgeht, erfolgt erst bei Einwirken von
Längs- und/oder Seitenkräften eine
Verschiebung der Momentanpollage. So kann der Momentanpol in Konstruktionslage
bei ruhendem Fahrzeug oder im Zustand stationärer Geradeausfahrt über einen
Abstand von 3000mm oder mehr von der Radmitte entfernt sein. Erst
bei einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung kann sich der Momentanpol-Abstand
fahrdynamisch günstig
unter 3000mm verringern.
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Bei
einem Momentanpol-Abstand in Konstruktionslage von mehr als 3000mm
stellen sich aufgrund der nahezu parallel wirkenden Lenker (Spurstange/Querlenker)
keine Vorspuränderungen
ein, woraus sich eine hohe Stabilität des Fahrzeugs in der Geradeausfahrt
ergibt.
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Die
Stabilität
bei der Geradeausfahrt kann weiter erhöht werden, wenn der Tragwinkel
mit einem Winkel von kleiner als 4° gegenüber der Fahrzeug- Querachse nach vorne
gepfeilt ist. Das Fahrverhalten wird darüber hinaus begünstigt,
wenn der Momentanpol unabhängig
vom Einwirken von Seiten- und/oder
Querkräften
auf das Rad stets vor der Radmitte liegt.
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Bei
einem üblichen,
rotationssymmetrischen Lenkerlager mit einer ortsfesten Innenhülse, einer lenkerseitigen
Außenhülse und
einem ringförmigen, gummielastischen
Lagerkörper
wird in baulich und fertigungstechnisch besonders einfacher Weise
vorgeschlagen, dass zumindest ein drucksteifes Stellelement zwischen
der Innenhülse
und der Außenhülse außerhalb
der verlängerten
Lenkerlängsmittelachse vorgesehen
ist, das nur in der vorgesehenen Wirkungsrichtung eine Lagerversteifung
bzw. Lenkerverstellung bewirkt. Das Stellelement kann aus Metall oder
einem besonders harten, verschleißfesten Kunststoff hergestellt
sein.
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Das
drucksteife Stellelement kann insbesondere zumindest ein in den
gummielastischen Lagerkörper
eingebettetes Wälzelement
sein, das somit nahezu verschleiß- und reibungsfrei wirkt,
insbesondere bei Durchfederbewegungen mit entsprechender Torsionsbeanspruchung
der Lenkerlager der Radaufhängung.
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Insbesondere
kann das zumindest eine Wälzelement
sphärische
Kontaktflächen
zur Innenhülse und
Außenhülse des
Lenkerlagers aufweisen, also als Kugel oder tonnenförmige Rolle,
etc. ausgeführt sein.
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Zur
gezielten Veränderung
des besagten Momentanpols zwischen dem dritten Lenker und dem Traglenker
kann das drucksteife Stellelement vorteilhaft an der Innenhülse und/oder
der Außenhülse des
Lenkerlagers in einer zu einer Rotationsebene schrägen Gleitbahn
zur Verlagerung des Lenkers in Axialrichtung geführt sein.
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Des
weiteren kann zur Erreichung einer gezielten Kinematik das Lenkerlager
durch zumindest zwei benachbart angeordnete Lenkerlager gebildet sein,
von denen das eine Lenkerlager mit den Mitteln zur Verlagerung des
Lenkers versehen ist.
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Alternativ
kann die Innenhülse
oder die Außenhülse des
Lenkerlagers asymmetrisch ausgebildet sein, wobei diese so auszubilden
sind, dass wiederum eine Verstellung und damit verbunden Verhärtung der
Lagerkennung des Lenkerlagers nur in einer Wirkrichtung erfolgt.
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Kinematisch
besonders vorteilhaft können aber
die asymmetrisch ausgebildete Innenhülse und/oder Außenhülse mit
zumindest einem drucksteifen Stellelement kombiniert sein. Damit
gelingt es, nicht nur beim Bremsvorgang des Kraftfahrzeuges (Kippbewegung
des Lenkers), sondern auch bei Durchfederbewegungen (Schwenkbewegung
des Lenkers) eine gezielte Verlagerung des Lenkers und damit verbunden
Eigenlenkbewegungen im elastokinematischen Bereich der Radaufhängung aufzuprägen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die
schematische Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Draufsicht auf die untere Lenkerebene einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge
mit aufgelöster
Formation der Lenker und Darstellung der Lenkerbeanspruchungen bei
Seitenkräften
S;
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2 die
gleiche Ansicht der Radaufhängung
gemäß 1,
mit Darstellung der Lenkerbeanspruchungen bei Bremskräften B;
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3 einen
Querschnitt durch das karosserieseitige Lenkerlager des Traglenkers
der Radaufhängung
gemäß den 1 und 2,
mit in das Lenkerlager integrierten Mitteln zur gezielten Verlagerung
des Traglenkers;
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4 einen
Schnitt gemäß Linie
IV-IV der 3 durch das Lenkerlager;
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5 u. 6 im
Vergleich die Verlagerung des Traglenkers bei einem Bremsvorgang
des Kraftfahrzeuges an einem herkömmlichen Lenkerlager (5)
und dem Lenkerlager gemäß den 1 bis 4 bzw.
mit den Mitteln zur Verstellung des Traglenkers (6);
und
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7 ein
durch zwei getrennt ausgeführte Lager
ausgebildetes Lenkerlager, von denen das eine mit Mitteln zur Verlagerung
des Traglenkers ausgeführt
ist.
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In
den 1 und 2 ist die untere Lenkerebene
einer Radaufhängung 10 für die gelenkten Räder eines
Kraftfahrzeuges diagrammartig dargestellt, mit einem etwa quer zur
senkrechten Fahrzeugmittelachse und in Radmitte ausgerichteten Traglenker 12,
einem in Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeuges gesehen dahinter liegenden,
schräg
nach vorne und außen
verlaufenden Führungslenker 14 und
einer vorne liegenden, etwa parallel zum Traglenker 12 verlaufenden
Spurstange 16 einer nicht näher dargestellten Zahnstangenlenkung 18.
Bei einer Radaufhängung
mit nicht gelenkten Rädern
(Hinterachse) kann die Spurstange 16 durch einen dritten Lenker
gebildet sein.
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Die
gedachten Verlängerungen
(strichpunktierte Linien) der Spurstange 16 und des Traglenkers 12 bilden
einen Momentanpol Mp, der wie aus den 1 und 2 ersichtlich
um ein definiertes Maß innerhalb
des linken Rades 34 der dargestellten Radaufhängung 10 und
vor der Radmitte liegt.
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Wie
ferner ersichtlich ist, sind die Lenker 12, 14 in
einer aufgelösten
Formation angeordnet, mit Lenkerlagern 20, 22,
die an der nicht dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeuges angelenkt
sind, und mit Lenkerlagern bzw. Kugelgelenken 24, 26,
die an einem nur angedeuteten Radträger 32 angelenkt sind,
der das im Ausführungsbeispiel
linke Vorderrad 34 des Kraftfahrzeuges in bekannter Weise
aufnimmt. Ferner ist die Spurstange 16 über Kugelgelenke 28, 30 mit
einem Lenkarm des Radträgers 32 und
mit der Zahnstange der Zahnstangenlenkung 18 gelenkig verbunden.
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Es
sei bemerkt, dass die Radaufhängung auch
in der oberen Lenkerebene (nicht dargestellt) eine aufgelöste Lenkerformation
oder einen Einzellenker aufweisen kann. Die Tragfeder oder ein Federbein
mit Stoßdämpfer der
Radaufhängung
sind nicht dargestellt; beispielsweise kann ein Federbein an dem
Traglenker 12 abgestützt
sein. Die Kugelgelenke 24, 26, 28, 30 können bekannter
Bauart sein. Die karosserieseitigen Lenkerlager 20, 22 sind – soweit nachstehend
nicht anders beschrieben – übliche Gummi-Metall-Hülsenlager
(z. B. gemäß 5).
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In
der 1 ist die Beanspruchung der Lenker 12, 14 und
der Spurstange 16 bei einer Seitenkraft S auf das Rad 34 und
den Radträger 32 durch Pfeile
dargestellt. Eine erhöhte
Seitenkraft S tritt z.B. beim Durchfahren von Kurven an dem jeweils
kurvenäußeren Rad 34 auf.
In der Darstellung ist aber der jeweilige Lenkeinschlag aus Vergleichszwecken unberücksichtigt.
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Wie
ersichtlich ist, tritt bei Seitenkräften S an den Lenkern 12, 14 eine
Druckkraft (Pfeile auf der Zeichnung 1 nach unten)
und an der Spurstange 16 eine entgegengerichtete Zugkraft
auf. Dies führt durch
die Lagerelastizitäten
insbesondere der Lenkerlager 20, 22 zu einer elastokinematischen
Radverstellung (strichpunktierte Linie) auf Nachspur (Spurwinkel α, übertrieben
darge stellt), verbunden mit einem erwünschten kurvenuntersteuernden
Fahrverhalten der Radaufhängung 10 bzw.
des Kraftfahrzeuges.
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In
der 2 ist die Beanspruchung der Lenker 12, 14 und
der Spurstange 16 der Radaufhängung beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges
erläutert. Die
entsprechende Scheibenbremse am Radträger 32 bzw. Rad 34 ist
nicht dargestellt und üblicher
Auslegung und Anordnung.
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Wie
gezeigt wirkt nun durch die auftretende Längskraft L am Rad 34 und
am Radträger 32 auf den
Traglenker 12 eine Zugkraft (Pfeil auf der Zeichnung 2 nach
oben), während
auf den Führungslenker 14 unverändert eine
Druckkraft und auf die Spurstange 16 eine Zugkraft ausgeübt wird.
Dies würde
aufgrund der elastokinematischen Eigenschaften eine Verstellung
des Rades 34 in Richtung Vorspur (nicht eingezeichnet)
bewirken.
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Um
der Tendenz der elastokinematischen Verstellung des Rades 34 beim
Bremsen und zusätzlich
bei Seitenkräften
S entgegenzuwirken oder bevorzugt eine Verstellung des Rades 34 auf
Nachspur α (gemäß 1)
aufzuprägen,
ist das Lenkerlager 20 des Traglenkers 12 gemäß den 3, 4, 6 oder 7 ausgeführt.
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Das
Lenkerlager 20 (und auch 22) setzt sich zunächst in
an sich bekannter Weise aus einer mittels einer nicht dargestellten
Schraube an einem karosserieseitigen Lagerbock befestigten Innenhülse 36,
einer am Traglenker 12 befestigten Außenhülse 38 und einem dazwischen
angeordneten, gummielastischen und ringförmigen Lagerkörper 40 zusammen.
Der Lagerkörper 40 z.B.
aus einem geeigneten Elastomer ist mit der Innenhülse 36 und
der Außenhülse 38 durch
Vulkanisation fest verbunden und weist in üblicher Weise eine definierte
Feder-Dämpfungsrate
auf, die einen guten Abrollkomfort des Kraftfahr zeuges sicherstellt.
Die Außenhülse 38 kann auch
in ein Lagerauge 13 (7) des Traglenkers 12 eingepresst
sein.
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In
das Lenkerlager 20 bzw. in dessen Lagerkörper 40 ist
als Mittel zur gezielten Verhärtung
des Traglenkers 12 entgegen der besagten Zugrichtung beim
Bremsen eine drucksteife bzw. metallische Kugel 42 integriert,
die an der Innenhülse 36 und
an der Außenhülse 38 bei
unbelastetem Lenkerlager 20 anläuft und die diametral gegenüber dem
Anschluss des Traglenkers 12 an der Außenhülse 38 positioniert
ist. Die Kugel 42 kann insbesondere in den Lagerkörper 40 formschlüssig eingebettet
und deshalb unverlierbar gehalten sein.
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Bei
einer Druckbelastung (gemäß 1) des
Traglenkers 12 bzw. des Lenkerlagers 20 ist die Kugel 42 wirkungslos
und hebt ggf. von der Innenhülse 36 und/oder
der Außenhülse 38 ab.
Die Feder- und Dämpfungseigenschaften
des Lenkerlagers 20 bleiben somit im wesentlichen unverändert.
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Bei
einer Zugbelastung des Traglenkers 12 in einem definiertem
Ausmaß legt
sich die Kugel 42 an der Innenhülse 36 und der Außenhülse 38 an
und bewirkt nunmehr eine Verhärtung
des Lenkerlagers 20 in der Zugrichtung.
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Das
Mittel zur Verhärtung
und Verlagerung des Lenkerlagers 20 bzw. die Kugel 42 ist
ferner außerhalb
der verlängerten
Längsachse 12a des
Traglenkers 12 derart angeordnet (vgl. 4 und 6), dass
die Kugel 42 zur Längsmittelachse 12a einen Hebelarm
a bildet.
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Dieser
Hebelarm a bewirkt zusätzlich
eine Verlagerung des Traglenkers 12 entgegen der Zugbeanspruchung
beim Bremsen, da aufgrund der Längskräfte L der
Traglenker 12 entgegen der Fahrtrichtung F nach hinten
um die Hochachse des Lenkerlagers 20 verschwenkt wird (in 6 übertrieben dargestellt).
Der Traglenker 12 wird somit über das drucksteife Mittel
bzw. die Kugel 42 um den Stellweg s im Vergleich zu einem
herkömmlichen
Lenkerlager 20' (vgl. 5)
nach innen verstellt. Dies bewirkt an dem Rad 34 der Radaufhängung 10 ein
auf Nachspur gehen (Spurwinkel α),
wie in der 2 dargestellt.
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Wie
des weiteren die 3 zeigt, ist die Innenhülse 36 des
Lenkerlagers 20 nicht rotationssymmetrisch, sondern asymmetrisch
derart ausgeführt, dass
sie über
die Kugel 42 eine zusätzliche
Verlagerung des Traglenkers 12 nach innen der Fahrzeugmitte
zu bewirkt. Die Innenhülse 36 (und
ggf. die Außenhülse 38)
kann dabei nockenförmig
oder als Excenter (wie dargestellt) ausgeführt sein und ausgehend von
einer Konstruktionslage (mittlere Höhenlage des Kraftfahrzeuges)
der Radaufhängung 10 bei einer
zunehmenden Torsionsbelastung des Lenkerlagers 20 (beim
Einfedern des Rades 34) eine weitere, gezielte Verlagerung
des Traglenkers 12 mit entsprechend vergrößertem Verstellweg
s (im Vergleich zu 5) steuern. Die asymmetrische
Gestaltung der Innenhülse 36 kann
durchgehend oder nur im Bereich der Kugel 42 vorgesehen
sein.
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Die 7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
des karosserieseitigen Lenkerlagers 20'' des Traglenkers 12,
das sich aus zwei separaten Lenkerlagern 20a und 20b zusammensetzt.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das
Lenkerlager 20b ist herkömmlich ausgeführt, also
entsprechend der vorbeschriebenen 5 mit einer
Innenhülse 36,
einer Außenhülse 38 und
einem gummielastischem Lagerkörper 40 ausgeführt.
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Hingegen
weist das axial benachbarte Lenkerlager 20a wiederum das
Wälzelement
bzw. die metallische Kugel 42 auf, die an der Innenhülse 36 und
an der Außenhülse 38 bei
unbelastetem Lenkerlager 20a anläuft und die diametral gegenüber dem Anschluss
des Traglenkers 12 an der Außenhülse 38 positioniert
ist. Die Kugel 42 läuft
zusätzlich
an einer in die Außenhülse 38 eingear beiteten
Gleitbahn 38a an, die schräg zu einer gedachten Rotationsebene verläuft, und
zwar derart, dass sie bei einem Einfedern des Rades 34 bzw.
bei einem entsprechenden Verschwenken des Traglenkers 12 den
karosserieseitigen Lagerpunkt des Traglenkers 12 bzw. das Lenkerlager 20'' nach vorne, dem Lenkerlager 28 der Spurstange 16 zu
verschiebt.
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Daraus
resultiert eine Verkürzung
des Abstandes des Momentanpoles Mp zur Radmitte des Rades 34,
verbunden mit einer entsprechenden Untersteuertendenz des Kraftfahrzeuges
beim Durchfahren von Kurven.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle
einer Radaufhängung 10 mit
aufgelöster
Lenkerformation kann auch eine andere Radaufhängung verwendet sein, bei der
beim Bremsvorgang und/oder bei Seitenkräften eine Umkehrung der Zug-
und Druckkräfte
an zumindest einem Lenker bzw. Lenkerlager auftreten kann. Die Radaufhängung 10 kann
sowohl als gelenkte Vorderradaufhängung oder als ungelenkte Hinterradaufhängung ausgeführt sein.
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Anstelle
einer oder mehrerer Kugeln 42 können als drucksteife Mittel
auch eine oder mehrere Rollen oder Gleitstücke, ggf. auch aus einem härteren,
verschleißfestem
Kunststoff, eingesetzt sein. Die drucksteifen Mittel können ggf.
unmittelbar an die Innenhülse 36 oder
an die Außenhülse 38 angeformt sein.